Введение к работе
Актуальность проблемы. Важное место в производствах пищепере-эабатываюших отраслей, связанных с реализацией удовлетворения продукто-зых потребностей населения, занимают процессы переработки сухих сыпучих иатериалов.
Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований іроцессов получения смесей на основе сыпучих компонентов, проведенных в 3оссии и за рубежом, показывает значительное преимущество смесеприготови-ельчых агрегатов непрерывного действия в сравнении с агрегатами аналогичного назначения периодического действия, что предоставляет широкие возможности по автоматизации процесса смеси приготовления, резкого повышения іроизводительности агрегата при одновременном снижении энергопотребления, металлоемкости и себестоимости готового продукта, улучшения условий труда и >здоровления экологической обстановки.
Однако до последнего времени непрерывно действующие смесительные аппараты не получили широкого применения в промышленности из-за не->ешенности ряда вопросов. В частности, недостаточно изучена проблема влияния входных сигналов, формируемых дозаторами различного типа, на структурные параметры выходных потоков, а также совместное влияние этих факторов и іинамических характеристик смесителей непрерывного действия (СНД) на каче-:тво готовой смеси.
Несмотря на то, что в последние годы рядом российских и зарубежных ченых (Александровский А.А., Ахмадиев Ф.Г., Зайцев А.И., Иванец В.Н., Bibilaro R.G. и др.) опубликованы исследования в области разработки теории іепрерьівного смешивания, перечисленным вопросам, тем не менее, посвящено :равнительно небольшое количество работ, поэтому незавершенность подоб-іьіх исследований сдерживает разработку новых, более универсальных, разно-іидностей смесеприготовительных агрегатов, которые бы полнее удовлетворяли юстоянно растущие требования к качеству готовых продуктов и условиям кон-ретного производства.
Кроме того, в настоящее время отсутствует системный подход к изуче-іию процессов получения сыпучих смесей, который бы увязывал в единую це-ючку процессы дозирования и смешивания с точки зрения кибернетических іредставлений о динамических системах.
Поэтому решение вопросов разработки и совершенствования техноло-ических способов и исследования смесеприготовительных процессов в непре-іьівнодействующих агрегатах с центробежными и вибрационными смесителя-
ми для переработки сухих порошкообразных материалов на базе теоретич ских и экспериментальных исследований, создания теории и методик их расч та с использованием математических моделей процесса смесеприготовлени реализуемых на компьютерной основе, является актуальной задачей, пре, ставляющеи значительный практический интерес для ряда ведущих отрасли экономики.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами четі рех программ: научно- технической программы 0.38.06 "Создать и освоиі производство продуктов детского питания и витаминизированных пищевь продуктов на основе научных принципов рационального и сбалансированної питания", утвержденной Постановлением ГКНТ СССР N 555 от 30.10.85г. - т ма 01.04.11 "Разработать и испытать опытно- промышленный комплект об рудования для дозирования и смешения микродобавок витаминов"; комплек ной научно- технической программы "Продовольствие" (приказ Минву: РСФСР N 190 от 30.06.85 г.)- тема 06.63 "Разработка нeпpepывнoдeйcтвy^ щих смесительных агрегатов для приготовления высококачественных проду тов питания"; целевой региональной научно-технической программы "Кузбас - тема 4.2.3 "Интенсификация процесса смешивания высокодисперсных мат риалов и разработка его аппаратурного оформления".
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являете разработка и совершенствование технологических способов приготовлені сухих порошкообразных композиций на базе СМПА, включающих в свой состг дозирующие устройства (ДУ) и СНД, путем направленной организации матер альных потоков и согласования работы ДУ и смесителей на основе теоретич ских и экспериментальных исследований процессов дозирования и смешения оценки совместного влияния материальных потоков ДУ и характеристик СН на качество потока готовой смеси. В соответствии с поставленной цель сформулированы следующие задачи исследования: разработка структури' функциональной схемы (СФС) СМПА и формирование на основе кибернетич ских подходов математической модели объекта и разработка метода ее иссл дования, позволяющего на интерактивном уровне рационально согласова-режимные параметры ДУ и СНД для получения смесей требуемого качеств разработка новых конструкций дозирующих устройств и смесителя непреры ного действия; проведение комплексного анализа результатов физического цифрового моделирования системы "дозаторный блок - питающ формирующий узел - смесительное устройство".
Научная новизна работы. Разработана математическая модель непрерывно действующего СМПА со смесителями различных типов, которая по-
-J-
зволяет на основе ее анализа реализовать новые технологические способы получения смесей заданного качества путем организации ре-циркуляционных контуров и согласно- параллельных каналов; определены способы задания рациональных режимов согласованной работы ДУ и СНД; выявлены качественные и количественные закономерности сглаживания дискретно-релаксационных входных воздействий смесителями непрерывного действия, обладающими разными инерционными свойствами и работающими в различных режимах загрузки.
Практическая ценность и реализация результатов. В результате развития научных основ технологических процессов дозирования и смешивания на основе сухих сыпучих и плохо сыпучих материалов разработаны конструкции объемных дозаторов: шнекового типа(а.с. N 1791720), дозатора вязких масс (патент N 2051335), и вибрационного смесителя (положительное решение от 14.07.93 г. по N 5019775/ 26); разработан технологический комплекс мощностью 15 тыс. тонн в год для непрерывного смесеприготовления в производстве витаминизированных порошкообразных пищевых продуктов (муки, сухих молочных смесей и молочно-овощных концентратов с добавками на основе витаминов В1.В2, РР и С), включающий исследованный непрерывнодействующий центробежный смесительный аппарат, разработано аппаратурное оформление стадий дозирования и непрерывного смешивания на основе вертикально- вибрационного смесителя в производстве плодово- ягодного киселя (350 кг/час); в приготовлении композиции 03- ОЮ- 02 в условиях АО "Токем", г. Кемеро-во(производительность 500 кг/ час) . Приведенные в диссертационной работе материалы внедрены в научно- учебные комплексы кафедр процессов, машин и аппаратов пищевых производств и автоматизации производственных процессов и автоматизированных систем управления Кемеровского технологического института пищевой промышленности.
На защиту выносятся. Комплексное математическое описание технологического процесса смесеприготовления в системе "дозирующие устройства - питающе - формирующий узел- смесительный аппарат" с использованием цифрового интерактивного моделирования с целью выявления рациональных режимов функционирования отдельных фрагментов непрерывнодействующих СМПА; результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов дозирования и смешивания в непрерывнодействующем агрегате путем направленной организации потоков и согласования работы ДУ и СНД и влияния на сглаживающую способность смесителей их характеристик и параметров режимов загрузки; новые конструкции дозирующих устройств объемного типа и смесителя непрерывного действия для переработки сухих, сыпучих материалов.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на Всесоюзных конференциях: "Химтехника- 86", Белгород, 1986 г.; молодых ученых и специалистов "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение научно- технического прогресса в мясной и молочной промышленности", Москва, 1988 г.; "Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания", Москва, 1988 г.; "Технология сыпучих материалов. Химтехника- 89", Ярославль, 1989 г.; на V - той Всесоюзной научной конференции "Механика сыпучих материалов", Одесса, 1991 г.; отраслевом совещании "Задачи и проблемы производства фенопластов в новых условиях хозяйствования", Кемерово, 1989 г.; Всесоюзном совещании "Реализация научно-технической программы "Витаминизация пищи", Углич, 1990 г.; Международной научной конференции "Автоматизация- 91", Пловдивский высший институт пищевой промышленности, Институт технической кибернетики, Пловдив, Болгария, 1991г.; ежегодных научных конференциях Кемеровского технологического института пищевой промышленности, Кемерово, 1985 -1995 г. 4
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 13 публикациях, в том числе, в 2-х авторских свидетельствах. Имеется положительное решение на изобретение от 14.07.93 г..
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения; включает 42 рисунка, 14 таблиц. Основной текст изложен на 118 страницах машинописного текста, приложение - на 42 страницах. Список литературы включает 126 наименований.